Heterostrukturkonzepte für Gruppe III-Nitride

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andrei Vescan
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 167739273

Das vorliegende Projekt hat zum Ziel, grundlegende Untersuchungen zum Wachstum und zu den elektronischen Eigenschaften quaternärer InAlGaN-basierter Heterostrukturen durchzuführen, die es ermöglichen werden, mittels Polarisations-Engineering neuartige Bauelementkonzepte zu realisieren.Fast alle Feldeffekttransistor (FET)-Konzepte auf der Basis von Gruppe III-Nitriden zeichnen sich dadurch aus, dass an der Hetero-Grenzfläche eine hohe ortsfeste positive Flächenladung bedingt durch den großen Unterschied der Polarisation der Barrierenschicht (z.B. AlGaN) und der des GaNKanals existiert. Die Anreicherung von kompensierenden beweglichen Elektronen an dieser Grenzfläche führt bereits ohne extrinsische Dotierung zur Bildung von 2-dimensionalen Elektronengasen (2DEG).Die permanenten Polarisationsfelder wirken sich allerdings auch limitierend auf die beim Entwurf neuartiger Bauelementstrukturen benötigten Freiheitsgrade aus. Doppelheterostrukturen, wie sie für Leistungsbauelemente oder für den Einsatz bei höchsten Frequenzen benötigt werden, sind, wenn überhaupt, nur eingeschränkt realisierbar. Selbstsperrende Transistoren auf der Basis von GaN würden in der Leistungselektronik beispielsweise Wechselrichter ermöglichen, die mit einer deutlich höheren Systemeffizienz arbeiten als herkömmliche Si-Komponenten, da sie bei höheren Betriebsfrequenzen arbeiten und auch höhere Betriebstemperaturen tolerieren können. Allerdings sind normally-off-Bauelemente auf Grund der Polarisationsfelder mit konventionellen Konzepten nicht zu realisieren. Erst ein geschicktes Einstellen der Polarisation in den aktiven Schichten wird solche neuartige Ansätze ermöglichen.Quaternäre InAlGaN/GaN-Heterostrukturen haben das Potenzial, diesen Freiheitsgrad zugänglich zu machen, und sollen daher in ihren Eigenschaften grundlegend untersucht und weiterentwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen